火电厂给水控制系统仿真

第一章绪论

1.1课题的研究背景及意义

火力发电厂在我国电力工业中占有主要的地位，是我国的重点能源工业之一。大型火力发电具有效率高、投资省、自动化水平高等优点，在国内外发展快。随着电力需求的日益增长，以及能源和环保的要求，我国的火电建设开始向大容量、高参数的大型机组靠拢。但是，火电机组越大，其设备结构就越复杂，自动化程度也要求越高。

给水控制系统是火电厂非常重要的控制子系统。汽包水位是锅炉安全运行的重要参数，同时他还是衡量锅炉汽水系统物质是否平衡的标志。

随着机组容量的增大，运行参数的不断提高，对汽包水位的的控制品质要求也会越高，为了机组的安全、经济运行，需要采用设计更合理、功能更完善的控制系统，给水自动控制系统可以大大减轻人员的劳动强度，汽包水位的稳定性也得到极大的提高，保障了几组的安全、稳定运行。

为了实现电能生产的“高效‘洁净、经济、可靠、安全”的要求，火电厂汽轮机的参数经历了低压、中压、高压、超高压、亚临界和超临界参数的发张阶段，目前正向超临界参数的方向发展。

1.2国内外的发展状况

我国自上世纪80年代引进亚临界火电机组技术以来，虽在改进、优化和发展取得一定的经验，并使300MW、600MW的亚临界火电机组成为我国火力发电的主力机组，但这种亚临界机组依然存在重大问题，这已成为制约我国电力工业发展的瓶颈。因此，借鉴国际上最先进的技术，研究并发展600MW~1000MW超临界火电机组，是提高电机机组的热效率，实现节能降耗和改善环保状况的有效途径。

随着火电机组的参数的提高，水的饱和温度相应提高，气化潜热减少；当压力提高倒22.115MPa时，气化潜热为零，气和水的密度差也等于零，该压力成为临界压力。在临界点时，饱和水与饱和蒸汽之间不再有汽、水共存的两相区存在。当机组工作参数高于这一临界状态参数时，称之为超临界机组。对蒸汽动力装置

循环的理论分析表明，提高循环蒸汽的初始参数和降低循环的终结参数都可以提高循环的热效率。实际上，蒸汽动力装置的发展和进步一直都是沿着提高工作参数的方向进行的。超临界火电技术是目前唯一先进、成熟和达到商业化应用的洁净煤发电技术。随着火电机组容量的提高及参数的增加，机组在启停过程中需要坚实的参数及控制的项目越来越多。超临界机组锅炉给水控制系统是超临界机组控制系统中的重点和难点。我国火电机组的单容量不足20MW,平均供电煤耗达到399g（kw/h），比国外先进水平高70~80g(kw/h),高出25%以上，资源浪费严重，从而也加大了对大气的污染。因此，超临界机组锅炉给水控制系统的研究至关重要。近年来，我国通过研究超临界机组给水系统并建立了一些超临界火电机组给水系统的数学模型。

1.3本课题设计的内容

主要介绍火电厂给水控制系统的安全稳定运行、节能优化运行，最终实现一套比较完善的给水控制系统策略。结合火里发电厂单机组的控制系统，设计出锅炉给水控制系统的数学模型。汽包水位串级冲量非线性PID控制系统是针对锅炉汽包水位控制的特点，在串级控制中，内回路采用P控制以快速消除给水扰动，该控制策略结构和算法简单，相对于PI-P控制方案，该方案具有良好控制品质和较强的鲁棒性，可有效克服蒸汽流量扰动和给水量扰动。且在对象参数变化大时仍能获得稳定的调节。通过汽包水位串级冲量非线性PID控制系统完成锅炉给水控制系统的数学模型。

第二章锅炉的给水控制系统

2.1锅炉概述

锅炉由汽锅和炉子组成。炉子是指燃烧设备，为化石燃料的化学能转化成热能提供必备的燃烧空间。汽锅是为汽水循环和汽水吸热以及水汽分离提供必需的吸热和分离空间。

锅炉作为一种把煤、石油和天然气等化石燃料所储藏的化学能转化成水蒸气的热能的重要设备，长期以来在工业生产中占有重要地位。它已有两百多年的历史了，国外的锅炉控制工业在50~60年代发展很快，70年代达到高峰。我国的锅炉工业是在新中国成立后才建立和发展起来的，1953年上海首创了上海锅炉厂，再生产和生活中起着不同的作用。锅炉控制问题伴随着锅炉的出现也就相应的出现了，伴随着控制理论和控制技术的发展，锅炉自动化控制的水平也在逐步提高。随着计算机在控制中的应用以及此后计算机和通讯技术的迅猛发展，计算机逐步进入了锅炉控制领域。先进的控制理论和控制算法是过路的发展达到了一个新的高度。

从系统角度看，锅炉包括燃烧系统、:气温控制系统系统、给水控制系统和辅助控制系统。其结构如图2-1：

图1-1锅炉控制系统总图

锅炉汽包水位是锅炉安全运行的一个重要参数，水位过高会使水蒸气带水，

严重影响蒸汽品质，严重影响生产和安全；水位过低又将破坏部分水冷壁的水循环，引起水冷壁局部过热而损坏，尤其是大锅炉，一旦控制不当，容易使汽包满水或汽包内的水全部气化，造成重大事故。故锅炉汽包给水系统的任务是保证汽包水位在允许的范围内。

汽包水位是锅炉运行安全的重要参数，同时它还是衡量锅炉汽水系统物质是否平衡的标志。因此水位控制系统更是锅炉安全运行的重中之重。

随着锅炉参数的提高和容量的扩大，对给水控制提出了跟高的要求，其主要原因有：

（1）汽包的个数和体积减小，使汽包的蓄水量和蒸发面积减小，从而加快了汽包水位的变化速度；

（2）锅炉的容量的增大，显著提高了锅炉蒸发受热面的热负荷，使锅炉负荷对水位的影响加剧；

（3）提高了锅炉的工作压力，使给水调节阀和水管系统相应复杂，调节阀的流量特性更不易满足控制系统的要求。

2.2锅炉给水控制系统的主要设备

锅炉给水控制系统的设备包括：给水泵、给水调节器、汽包、管路、过热器、蒸汽管等。

2.3给水调节的任务

给水自动调节的主要任务是：

维持锅炉水位在运行的范围内，使锅炉的给水量适应于蒸发量。锅炉的水位是影响按全运行的重要因素。水位过高会影响汽水分离装置的正常工作，严重时会导致蒸汽带水增加，水过热器管壁和汽轮机叶片结垢，造成事故；对于锅炉工业蒸汽带水量过多，也要影响用户的某些工艺过程。水位过低，则会破坏汽水正常循环，以致烧坏受热面。水位过高或过低，都是不允许的。所以，正常运行时汽包水位应在给定值的 15mm上下范围波动。

水位控制系统主要指调节给水量，使蒸汽量达到一个可以使锅炉安全运行的控制量。锅炉给水调节的对象如图2.3，给水调节器控制给水量W，汽轮机耗气量D是由汽轮机控制器来控制的。